فهرست مطالب

مکانیک سازه ها و شاره ها - سال چهاردهم شماره 5 (آذر و دی 1403)

مجله مکانیک سازه ها و شاره ها
سال چهاردهم شماره 5 (آذر و دی 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/09/01
  • تعداد عناوین: 10
|
  • فرید حسین زاده اصفهانی*، سید محمدحسین کریمیان صفحات 1-25

    در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی عددی به بررسی پدیده دینامیک استال پره بالگرد با زاویه پیچ متغیر در دو ضریب پیشروی3 .0 = μ و μ =0.35 پرداخته شده است. به منظور شبیه سازی میدان جریان تراکم پذیر سه بعدی، معادلات متوسط گیری شده ناویر استوکس با استفاده از روش گسسته سازی حجم محدود حل شده است. شبکه مورد استفاده از نوع ترکیبی بوده و از مدل برای مدل سازی جریان توربولانسی بهره گرفته شده است. جهت اعتبارسنجی شبیه سازی انجام شده، از نتایج تست پروازی بالگرد AH1-G استفاده شده که نتایج این مقایسه نشان دهنده دقت مناسب شبیه سازی در این تحقیق می باشد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که بر خلاف انتظار، در ناحیه پس رونده روتور شدت و تعداد استال های ایجاد شده در مقطع مورد مطالعه (r/R=0.778) در ضریب پیشروی 3 .0 بیشتر از شدت و تعداد استال ها در ضریب پیشروی 35 .0 می باشد. در ناحیه پیش رونده روتور، استال ایجاد شده در ضریب پیشروی 35 .0 شدید تر بوده به طوری که ضریب گشتاور پیچشی در ناحیه پس از استال 89% کمتر (منفی تر) از مقدار آن در ضریب پیشروی 3 .0 می باشد. آشکارسازی الگوی جریان نشان می دهد که توسعه دینامیک استال در هر دو ضریب پیشروی با جدایش جریان از نزدیکی لبه فرار شروع و سپس به بالادست گسترش یافته و همزمان به دلیل وجود جریان شعاعی به سمت نوک پره خم شده است.

    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، دینامیک استال، روتور بالگرد، ضریب پیشروی، میرایی آیرودینامیکی
  • سهیلا شبانی، اکبر اللهوردی زاده*، پژمان نمه شیری صفحات 27-37
    بیماری های قلبی-عروقی عامل اصلی مرگ و میر در سراسر جهان است. شبیه سازی های کامپیوتری عملکرد قلب به تدریج به ابزاری قدرتمند برای درک بهتر رفتار قلب و حمایت از تصمیم گیری بالینی تبدیل می شوند. با این حال، مدل سازی قلب راست هنوز در مراحل اولیه می باشد. فشار خون ریوی یک اختلال پاتوفیزیولوژیک است که ممکن است شرایط بالینی متعددی را شامل شود. این پژوهش یک مدل ریاضی و عددی چند مقیاسی کاملا کوپل شده از الکترومکانیک قلب با هندسه دوبطنی ایده آل را برای افراد نرمال و دارای بیمار فشارخون ریوی بالا در نرم افزار کامسول ارائه می دهد. فیبر عضلانی که هدایت الکتریکی و انقباض میوکارد را کنترل می کند، از عوامل حیاتی برای شبیه سازی الکترومکانیکی قلب است که با استفاده از روش مبتنی بر قانون تعریف شد. از مدل گردش خون ویندکسل برای محاسبه فشارهای سیستمیک و ریوی استفاده شد. گردش خون با رویکردی سر راست برای بطن چپ و راست مدل سازی شد. در نهایت، تغییرات در رفتار عملکردی قلب بین افراد بدون فشار خون ریوی و افراد سالم مورد ارزیابی قرار گرفت. مشاهده شد که فشار بطن راست در فشار خون ریوی بالا افزایش می یابد و کسر تخلیه با کاهش مواجه می شود.
    کلیدواژگان: الکترومکانیک قلب، روش المان محدود، فشارخون ریوی، بطن راست، بیومکانیک
  • مهدی خیرخواه، احسان روحی*، محمود پسندیده فرد صفحات 39-52

    در این پژوهش، به مطالعه ی اثر گاز های خروجی از اگزوز، بر روی منطقه ی دنباله ی یک خودروی آئودی که شامل گردابه ها و جریان های جداشده از سطح آن است، پرداخته می شود. این مدل خودرو، از لحاظ پیکربندی عقب، مشابه خودروی استاندارد DrivAer Estateback است که توسط موسسه ی آیرودینامیک دانشکده ی فنی مونیخ، مدل سازی شده است. با توجه به نوع مسئله و تحلیل پایای جریان، مدل آشفتگی SST k-ω برای شبیه سازی به روش دینامیک سیالات محاسباتی انتخاب شد. همچنین به منظور اعتبارسنجی روش حل، نتایج عددی حاصل از شبیه سازی جریان با عدد رینولدز 106 × 87/4 حول مدل استاندارد، با نتایج تجربی حاصل از تونل باد، مقایسه شد. پس از انجام اعتبارسنجی روش حل، در اولین بررسی مشخص شد؛ در عدد رینولدز فوق، ضریب پسای خودروی آئودی دارای اگزوز، % 15/1- کمتر از ضریب پسای خودروی بدون اگزوز است. در ادامه اثر افزایش سرعت خودرو، اثر زوایه ی دهانه ی لوله ی اگزوز و سرانجام تاثیر وجود یک اگزوز در یک طرف آن، بر مقدار ضریب پسا، بررسی شد.

    کلیدواژگان: آیرودینامیک، پسا، اگزوز، گردابه، خودروی آئودی
  • پویا ولی زاده، احد ضابط*، جلیل رضایی پژند صفحات 53-66
    با توجه به هزینه، زمان بالا و ماهیت مخرب آزمون های خستگی، معرفی جایگزینی غیرمخرب و سریع در توسعه مدل های پیش بینی عمر سازه های کامپوزیتی راهگشا می باشد. استحکام باقیمانده معیاری کلیدی برای ارزیابی آسیب خستگی است و در مدل های پیش بینی عمر، به ویژه در پره های توربین بادی، استفاده می شود. آزمون مدال به عنوان روشی غیرمخرب برای شناسایی عیوب خستگی به کار برده شده است، اما تا کنون ارتباط آن با آسیب خستگی و استحکام باقیمانده به طور کامل بررسی نشده است. در این پژوهش، نمونه هایی که تحت بارگذاری خستگی قرار گرفته بودند، مورد تحلیل مدال قرار گرفتند و استحکام باقیمانده آن ها اندازه گیری شد. نتایج نشان دهنده ارتباط معنادار بین استحکام باقیمانده و تغییرات فرکانس طبیعی بودند. 20 درصد کاهش در استحکام باقیمانده (از 415 به 330 مگاپاسکال) طی بارگذاری سیکلی با 12 درصد کاهش در فرکانس طبیعی (از 30.5 به 27 هرتز) همراه است. برای بررسی تاثیر سطوح مختلف تنشی بر آسیب خستگی و استحکام باقیمانده، نمونه ها تحت دو سطح تنش بارگذاری قرار گرفتند و سازکارهای شکست آن ها مقایسه شدند. تصاویر شکست نگاری نشان دادند که در سطح بارگذاری پایین تر، ریزسازکارهای متنوع تر و بیشتری فعال گردیده و تغییرات فرکانس طبیعی مد اول در این سطح بیشتر مشاهده شد. لذا پیش بینی می شود فرکانس طبیعی قابلیت تفکیک ریزسازکار های ساختاری ایجاد شده در بارگذاری خستگی داراست و به عنوان پارامتری غیرمخرب برای ارزیابی آسیب خستگی و استحکام باقیمانده استفاده شد.
    کلیدواژگان: آسیب خستگی، شکست نگاری، کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه، فرکانس طبیعی، استحکام باقیمانده
  • امیرحسین سلطان آرانی، علی قربان پور آرانی، زهرا خدامی مرقی صفحات 67-86

    در این پژوهش به بررسی رفتار کمانشی شبه سه بعدی صفحه مدرج تابعی یکپارچه شده با رویه های پیزوالکتریک به عنوان یک سازه ساندویچی بسیار مهم و حساس در صنایع مختلف بر اساس تئوری برشی بهبود یافته مرتبه بالا با در نظر گرفتن اثرات ‏کششی در راستای ضخامت پرداخته شده است. ‏خواص مکانیکی هسته به صورت ناهمگن فرض شده و رویه ها بر اساس تئوری پیزوالاستیسیته مدل سازی ‏‏شده اند. معادلات حرکت با به کارگیری اصل کار ‏مجازی بر اساس شرایط بارگذاری تک محوری و دو ‏محوری ‏استخراج ‏شده اند. پس از تطبیق و ارزیابی روش حاضر، بارهای ‏بحرانی کمانش ورق سه لایه تحت میدان الکتریکی در شرایط مختلف با استفاده از روش تحلیلی ناویر ‏محاسبه شده اند. در نهایت اثرات ‏پارامترهای مختلف از جمله شاخص کسر حجمی، پارامترهای بی بعد ‏هندسی و مقایسه مدل ‏های دو ‏بعدی و شبه سه بعدی مورد ‏بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با افزایش نسبت ‏عرض به طول و ‏همچنین کاهش ضخامت اختلاف ‏بین مدل های دو بعدی و شبه سه بعدی کاهش می یابد. در نهایت نتایج نشان ‏می دهد ‏که تئوری مورد استفاده، علاوه بر سادگی قابل توجه، در مدل سازی از دقت ‏بالایی برخوردار می باشد‏.‏

    کلیدواژگان: کمانش تک محوری و دو محوری، شبه سه بعدی، هسته مدرج تابعی، تئوری بهبود یافته
  • مهدی پور جعفری کسمائی*، جعفر اسکندری جم، محمدحسین علائی، علی خلیفه سلطانی صفحات 87-107

    این تحقیق به بررسی عملکرد مکانیکی و مقاومت در برابر فرسایش و اکسیداسیون عایق مقاوم به دما و فشار بر پایه کربن-اپوکسی نووالاک 1179 تقویت شده با ذرات سرامیکی ZrB2/SiC با گرماژ مختلف می پردازد. هدف از این پژوهش، بررسی تاثیر گرماژ پارچه کربن بر عایق کربن اپوکسی نووالاک تقویت شده با ذرات سرامیکی ZrB2/SiC بر رفتار مکانیکی و فرسایشی عایق است. در گام اول سه نمونه شامل زمینه رزین اپوکسی نووالاک 1179 با 60%SiC+40% ZrB2 با پارچه کربن 120، 200 و 600 گرمی به روش پرس گرم ساخته شد، سپس خواص مکانیکی و حرارتی (فرسایشی) نمونه های عایق با گرماژ مختلف پارچه با استفاده از آزمون های اکسی استیلن، خمش وکشش ارزیابی گردید. برای بررسی مورفولوژی سطح، ازانالیز عنصری توزیع انرژی اشعه ایکس (EDS) و میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM و شناسایی فازهای موجود از انالیز فازی پراش اشعه ایکس (XRD) استفاده شده است. نتایج نشان داد که با افزایش میزان گرماژ پارچه خواص مکانیکی و مقاومت فرسایشی کامپوزیت بهبود پیدا کرد. بیشترین کاهش وزن و کاهش ضخامت به ترتیب در نمونه عایق با پارچه 600 گرمی و120 گرمی بود. همچنین نمونه عایق با پارچه 600 گرمی دارای کمترین دمای پشت عایق، زیر 150 درجه سانتی گراد بود. نمونه عایق با پارچه 600 گرمی دارای خواص مکانیکی بالاتری نسبت به سایر نمونه ها به میزان، 486.35 مگاپاسکال استحکام کششی و 677.18 مگاپاسکال استحکام خمشی بود. در نهایت بررسی های مورفولوژی نشان داد حضور ذرات ZrB2/SiC منجر به ایجاد فازهایی دیرگداز همچون ZrO2, SiO2 و ZrSIO4 که موجب افزایش مقاومت به فرسایش داغ کامپوزیتهای کربن اپوکسی نووالاک می گردد.

    کلیدواژگان: عایق، ذرات سرامیکی، گرماژ، مورفولوژی، خواص مکانیکی
  • سید حبیب الله هاشمی کچپی*، سیده قدسیه هاشمی کچپی صفحات 109-120

    با توجه به اهمیت کاربرد نانو ساختارهای پیزوالکتریک و به دلیل دارا بودن جرم و اندازه کوچک در سطح نانو، پارامترهای وابسته به اندازه و ‏انرژی سطح باید در مدل های نظری تحلیل دینامیک و مدل سازی ریاضی آنها گنجانده شوند. در مقاله حاضر اثرات کنترل کننده های ‏غیرکلاسیک مانند نظریه گرادیان کرنش (‏SGT‏)، نظریه غیر موضعی (‏NLT‏) و نظریه های سطح/رابط گورتین-مرداک (‏GMSIT‏) برای ‏تحلیل بسامد های طبیعی در نانو تشدیدگر پیزوالکتریک (‏PENR‏) در مقایسه با نظریه کلاسیک ‏‎ (CT)‎ارائه شده است. نانو تشدیدگر ‏تحت تحریک الکترواستاتیک غیرخطی با ولتاژ مستقیم (‏DC‏) و متناوب (‏AC‏) و همچنین محیط ویسکو پاسترناک قرار دارد. برای تحلیل ‏این سیستم، از اصل همیلتون و روش گالرکین برای بدست آوردن معادلات حرکت و تبدیل معادلات دیفرانسیل جزئی به معمولی استفاده ‏شده است. نتایج نشان می دهد که نادیده گرفتن اثرات مقیاس کوچک و سطح/رابط پیش بینی های نادرستی از پاسخ ارتعاشی نانو ‏تشدیدگر را ارائه می دهد. همچنین در شرایط مرزی مختلف، مقیاس طول ماده و پارامترهای مقیاس غیر موضعی به ترتیب منجر به کاهش ‏و افزایش سفتی نانو تشدیدگر می شوند و با افزایش نسبت طول به شعاع، افزایش مقیاس طول و مقیاس غیر موضعی به دلیل تغییر سفتی ‏نانوسیستم، بسامد های طبیعی بدون بعد به ترتیب افزایش و کاهش می یابند. کمترین بسامد طبیعی نیز مربوط به در نظر گرفتن همزمان ‏اثرات سطح/رابط نوع اول و گرادیان کرنش می باشد. همچنین در نظر گرفتن اثرات سطح/ واسط با چگالی های مختلف می تواند بسامد ‏های کمتر یا بیشتری نسبت به بسامد های کلاسیک ایجاد کند.

    کلیدواژگان: نانو تشدیدگر پیزوالکتریک، نظریه گرادیان کرنش غیر موضعی، نظریه سطح، رابط گورتین-مورداک، بسامد طبیعی، ولتاژ پولین.‏
  • علیرضا افسری مقدم، سید یوسف احمدی بروغنی*، یدالله یعقوبی نژاد، محمد خان زاده صفحات 121-136

    سوپرآلیاژهای مورداستفاده در ساخت پره های توربین تحت شرایط محیط خورنده توام با تنش و دمای بالا، مورد تخریب قرار می گیرند. اصلاح سطح به روش مکانیکی مانند کوبش شوک لیزری با تابش پرتوی لیزر بر سطح فلز و ایجاد تغییر شکل پلاستیک و تنش پسماند فشاری در سطح موجب بهبود مقاومت ماده در برابر تخریب می شود. به علاوه اعمال پوشش های نانوساختار یکی از روش های نوین جهت افزایش مقاومت اجزاء تحت محیط خورنده و دما بالا محسوب می شود. هدف از این مقاله بررسی کوبش شوک لیزری بر تنش پسماند و خوردگی خستگی اینکونل 792 در محیط خورنده حاوی 75% Na_2 SO_4+15% NaCl+10% V_2 O_5 می باشد. بدین منظور تعدادی از نمونه های خام با اکسید گرافن پوشش دهی شدند؛ در نهایت تمامی نمونه ها در معرض کوبش شوک لیزری قرار گرفتند. پس از این عملیات نمونه ها تحت محیط خورنده در دمای بالا در معرض خوردگی قرار گرفتند، سپس آزمایش خستگی در دمای محیط انجام شد. نتیجه این پژوهش نشان داد که هر دو عملیات پوشش دهی و کوبش لیزری موجب بهبود عمر خستگی می شود. کوبش لیزری به تنهایی 2.4 برابر عمر خستگی این آلیاژ را افزایش داده است.

    کلیدواژگان: کوبش شوک لیزری، پوشش اکسیدگرافن، تنش پسماند، خوردگی خستگی
  • عماد اندیشمند*، علیرضا آهنگرانی فراهانی، رضا اسماعیل زاده اول صفحات 137-153

    به دلیل تغییر شدید در پارامترهای آئرودینامیکی، مسئله کنترل حالت فرود بسیار پیچیده تر از پرواز در ارتفاع بالا خواهد شد. لذا از این دید مسئله نیازمند استفاده از یک الگوریتم کنترلی مقاوم در برابر تغییر پارامترها خواهد بود. از طرفی وجود موانع در مسیر فرود پرنده، قید دیگری است که باید در طراحی کنترل کننده مورد توجه واقع گردد. بدین ترتیب با توجه به موارد فوق، استفاده از کنترل کننده پیش بین برای حل مسئله ضروری است. این کنترل کننده به صورت ذاتی از مقاومت بالایی در برابر تغییر مدل برخوردار است. همچنین، در حالتی که از این کنترل کننده به صورت مقید استفاده شود، می توان با استفاده از آن موانع موجود در مسیر حرکت در حین فرود را دور زد. هدف این مقاله، کنترل سیستم برای فرود خودکار به وسیله کنترل پیش بین خطی مبتنی بر مدل است. دلیل استفاده از کنترل کننده پیش بین خطی ، وجود موانع در مسیر حرکت و برآورده سازی قیود موجود در محیط برای رفع موانع است. در نتیجه نهایی، این کنترل کننده به گونه ای طراحی شده است که تاثیر اغتشاشات خارجی بر روی پرنده به حداقل رسیده و همچنین پایداری سیستم با ظهور نامعینی های مدل به مخاطره نیافتد. همچنین در این روش، اثر ناشی از تاخیر سیستم ناوبری خارجی در سیستم حلقه بسته لحاظ شده و پایداری سیستم ضمانت گردیده است. نهایتا طراحی کنترل کننده پیشنهادی برای مدل یک پرنده واقعی محاسبه شده و شبیه سازی عملکرد آن در حضور موانع، باد جانبی و طولی ارائه گردیده است.

    کلیدواژگان: فرود خودکار، کنترل کننده، پردازش تصویر، پرنده هدایت پذیر از دور (پهپاد)، هواپیمای بدون سرنشین
  • نیما مهندسی، مصطفی طالبی توتی*، محمد فدایی صفحات 155-165
    در این پژوهش، ارتعاشات ورق های تاخورده متشکل از سلول های آگزتیکی بررسی می شود. ابتدا با استفاده از پارامترهای هندسی و جنس سلول، ثابتهای الاستیک و چگالی ورق آگزتیک ارائه می شود. ورق تاخورده به صورت دو ورق مجزا در نظر گرفته می شود. سپس با توجه به نظریه ی تغییر شکل برشی مرتبه ی اول و با استفاده از اصل همیلتون، معادلات حرکت حاکم بر هر ورق و شرایط مرزی در لبه ها بدست می آید. در ادامه با استفاده از روش ترکیبی لوی-تفاضل مربعات، ابتدا معادلات با مشتقات جزئی به شکل معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل و سپس گسسته سازی می شوند. با لحاظ کردن شرایط پیوستگی در قسمت تاخورده ورق، معادلات حرکت، شرایط مرزی و معادلات پیوستگی بر هم تنیده و سپس به روش مقادیر ویژه حل شده و پاسخ های فرکانسی ارتعاش آزاد ورق تاخورده ی آگزتیکی حاصل می گردد. برای صحه سنجی نتایج بدست آمده از حل تحلیلی لوی-تفاضل مربعات، ورق آگزتیکی در نرم افزار اجزای محدود آباکوس مدل و تحلیل می گردد. نزدیکی نتایج حاصل از دو روش مذکور، نشان از صحت مدلسازی ریاضی ورق تاخورده و روش تحلیلی دارد. در انتها اثر پارامترهای هندسی ورق بر فرکانس طبیعی ورق تاخورده مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج نشان داد که با تغییر زاویه تاخوردگی از 180 درجه به کمتر یعنی با تبدیل ورق تخت به ورق تاخورده، ابتدا فرکانس طبیعی افزایش و سپس تقریبا ثابت می ماند.
    کلیدواژگان: ورق تاخورده، آگزتیک، ارتعاشات آزاد، روش تفاضل مربعات، المان محدود
|
  • Farid Hosseinzadeh Esfahani *, S.M.H Karimian Pages 1-25

    In this study, numerical simulations are used to investigate the dynamic stall phenomenon at two advance ratios, μ = 0.3 and μ = 0.35, on a single blade with cyclic pitching motion. To simulate the three-dimensional compressible flow field, the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) equations are solved using the finite volume discretization method. A hybrid mesh is employed, and turbulence is modeled using the k-ω SST model. To validate and verify the numerical method, flight test data from the AH-1G helicopter was used. The comparison results confirm the accuracy and reliability of the numerical approach applied in this study. The findings of this study indicate that contrary to expectations, the intensity and number of stalls on the retreating side of the rotor at the studied radial section (r/R = 0.778) are greater at µ = 0.3 compared to µ= 0.35. On the advancing side, the stall is more severe at µ = 0.35, with the post-stall pitching moment coefficient differing by 89%, resulting in a significant increase in negative aerodynamic damping at this ratio. An analysis of the flow pattern reveals that the dynamic stall development at both advance ratios begins with flow separation near the trailing edge, which then propagates upstream while simultaneously bend to outboard region due to radial flow.

    Keywords: Numerical Simulation, Dynamic Stall, Helicopter Rotor, Advance Ratio, Aerodynamic Damping
  • Soheila Shabani, Akbar Allahverdizadeh *, Pezhman Namashiri Pages 27-37
    Cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide. Computer simulations of cardiac function are gradually becoming a powerful tool to better understand cardiac behavior and support clinical decision-making. However, right heart modeling is still in its early stages. Pulmonary hypertension is a pathophysiological disorder that may involve several clinical conditions. This study presents a fully coupled multiscale mathematical and numerical model of cardiac electromechanics with idealized biventricular geometry for normal subjects and pulmonary hypertension patients in COMSOL software. Muscle fibers that control electrical conduction and myocardial contraction, is one of the vital factors for the electromechanical simulation of the heart which was defined using a rule-based method. Windkessel blood circulation model was used to calculate systemic and pulmonary pressures. Blood circulation was modeled with a straightforward approach for the left and right ventricles. Lastly, alterations in the functional behavior of the heart were evaluated between individuals without pulmonary hypertension and healthy subjects. It was observed that right ventricular pressure increases in pulmonary arterial hypertension and ejection fraction decreases.
    Keywords: Cardiac Electromechanics, Finite Element Method, Pulmonary Arterial Hypertension, Right Ventricle, Biomechanics
  • Mahdi Kheirkhah, Ehsan Roohi *, Mahmoud Passandideh-Fard Pages 39-52

    This research delves into the practical implications of the effect of exhaust gases on the wake region of an Audi car, which includes vortices and separated flowing from its surface. The findings could potentially inform future vehicle design and performance strategies. The car model's rear configuration is akin to the standard DrivAer Estateback car, which the Aerodynamics Institute of the Technical University of Munich has modeled. The SST k-ω turbulence model is selected for simulation using computational fluid dynamics, considering the problem's nature and the flow stability analysis. To validate the solution method, the numerical results obtained from flow simulation at a Reynolds number of 4.87×106 around the standard model are compared with the experimental results obtained from the wind tunnel. After validating the solution method, it was determined in the initial investigation that at the given Reynolds number, the drag coefficient of the Audi car with an exhaust system is 1.15 % lower than the drag coefficient of the car without an exhaust system. Furthermore, the effects of increasing the vehicle speed, the angle of the exhaust pipe outlet, and finally, the presence of an exhaust on one side of it on the value of the drag coefficient are examined.

    Keywords: Aerodynamic, Drag, Exhaust, Vortex, Audi Vehicle
  • Pouya Valizadeh, Ahad Zabett *, Jalil Rezaeepazhand Pages 53-66
    Fatigue testing of composite structures is a destructive, costly and time-consuming process. In the search for a non-destructive procedure to predict the life of fiber reinforced polymer composites under cyclic loading, modal analysis has been proposed. Residual strength is considered as a popular indicator of damage accumulation and used in life prediction models. The relation between the residual strength and the modal parameters has been studied and reported. Results showed that with damage accumulation over fatigue cycling, a 20% decrease in residual strength (from 415 to 330MPa) corresponded to a 12% decrease in natural frequency (from 30.5 to 27Hz). Investigation of the fracture surfaces of fatigued specimens showed different failure micro-mechanisms for different maximum fatigue stress levels. The first mode of natural frequency not only followed the changes of residual strength with damage accumulation but also could reflect the structural changes and alteration of failure micro-mechanisms at different maximum stress levels. This paper focuses on how varying fatigue stress levels affect the failure micro-mechanisms and the relationship between these damages, residual strength and natural frequency. At lower maximum stress levels, more failure micro-mechanisms were activated and the changes in the first mode of natural frequency were more pronounced. This suggests that natural frequency is sensitive enough to detect different fatigue micro-mechanisms and could be used as an independent, non-destructive parameter for fatigue damage assessment.
    Keywords: Fatigue Damage, Fractography, Fiber-Reinforced Polymer Composite, Natural Frequency, Residual Strength
  • Amirhossein Soltan Arani, A. Ghorbanpour Arani, Zahra Khoddami Maraghi Pages 67-86

    This research investigates the quasi-3D buckling behavior of the functionally graded plate integrated with piezoelectric face sheets as a fundamental and sensitive sandwich structure in various industries is discussed based on the improved high-order shear theory by considering the stretching ‎effects along the thickness. The mechanical properties of the core are assumed to be ‎non-homogeneous‎ and the face sheets are modeled based on the theory of piezoelasticity. The equations of motion are extracted using the principle of ‎virtual work based on axial and biaxial loading conditions. After the ‎adaptation and evaluation of the present method, the critical buckling ‎loads of the three-layer plate ‎subjected to an external electric field are ‎calculated ‎in different conditions using Navier's analytical method. ‎Finally, the effects of various parameters including volume fraction ‎index, geometric dimensionless parameters, and comparison of two-‎dimensional and pseudo-three-dimensional models are examined. The ‎results show that ‎the difference between the 2D and quasi-3D models ‎‎decreases with the increase of the width-to-length ratio and the ‎decrease of the thickness. Eventually, the results show that the theory ‎used in modeling is very accurate in addition to being remarkably simple.‎

    Keywords: Axial, Biaxial Buckling, Quasi-3D, FG Core, Refined Theory
  • Mehdi Pour Jafari Kasmaei *, Jafar Eskandari Jaam, Mohammadhossein Alaei, Ali Khalife Soltani Pages 87-107

    This research investigates the mechanical performance, ablation and oxidation of insulation based on carbon-epoxy Novalac 1179 reinforced with ZrB2/SiC ceramic particles with different grammage of fabric. The purpose of this research is to investigate the effect of carbon fabric grammage on epoxy novalac carbon insulation reinforced with ZrB2/SiC ceramic particles. Three samples including Novalac epoxy resin base with 60% SiC + 40% ZrB2 and 120, 200 and 600 gr/m2 of carbon fabric were made using hot press. The mechanical and thermal properties of insulation samples with different grammage using Oxyacetylene, bending and tensile tests were evaluated. To investigate the surface morphology, X-ray energy distribution elemental analysis (EDS) and SEM scanning electron microscope and X-ray diffraction (XRD) phase analysis have been used to identify the existing phases. The results showed that the mechanical properties and erosion resistance of the composite improved by increasing the grammage of the fabric. The biggest weight reduction and thickness reduction were in the insulation samples with 600 gr/m2 (G3) and 120 gr/m2 fabric(G1), respectively. Also, the G3 sample had the lowest temperature behind the insulation, below 150 degrees Celsius and had the highest mechanical properties, with 486.35 MPa of tensile strength and 677.18 MPa of bending strength. Finally, morphological studies showed that the presence of ZrB2/SiC particles leads to the creation of refractory phases such as ZrO2, SiO2 and ZrSIO4, which increase the resistance to hot erosion of carbon epoxy Novalac composites.

    Keywords: Composites, Ablation, Additive
  • Sayyid H. Hashemi Kachapi *, S. Gh. Hashemi Kachapi Pages 109-120

    Due to the importance of the application of piezoelectric nanostructures and due to their mass and small size ‎at the nano level, parameters depending on the size and surface energy should be included in the theoretical ‎models of their dynamic analysis and mathematical modeling. In current work, some nonclassical controller ‎effects such as strain gradient (SGT), nonlocal (NLT) and Gurtin–Murdoch surface/interface (GMSIT) ‎theories are presented for analyzing of nonlinear vibration in piezoelectric nanoresonator (PENR) compared ‎to classical theory (CT). PENR subjected to nonlinear electrostatic excitation with direct (DC) and ‎alternating (AC) voltages and also visco-pasternak medium. For this analysis, Hamilton’s principle, ‎Galerkin technique, combination of Complex averaging method and arc-length continuation are used to ‎analyze nonlinear frequency response and stability analysis of PENR. The results show that ignoring small-‎scale and surface/interface effects give inaccurate predictions of vibrational response of the PENR. It is ‎indicated that in different boundary condition, material length scale and nonlocal scale parameters ‎respectively lead to decreasing and increasing of PENR stiffness and also the amplitude of oscillation and ‎the range of instability of non-classic theories of NLT and SGT are greater than that of the classical one. ‎Also changes of surface/interface parameters lead to decreasing or increasing the dimensionless natural ‎frequency, resonant frequency, resonance amplitude, nonlinear behavior and the system's instability of ‎PENR.‎

    Keywords: Piezoelectric Nanoresonator, Nonlocal Strain Gradient Theory, Gurtin–Murdoch ‎Surface, Interface Theory, Natural Frequency, Pull-In Voltage.‎
  • Alireza Afsari Moghaddam, Ahmadi Brooghani *, Yadollah Yaghoubi Nejad, Muhammad Khanzadeh Pages 121-136

    Laser shock peening is a mechanical surface treatment that is caused by laser beam radiation on the surface of the metal. This processing causes plastic deformation, and compressive residual stresses under the surface of metal. In addition, applying nanostructure coatings is one of the new methods to increase the resistance of components under corrosive environment and high temperature. The purpose of this article is to investigate laser shock peening on residual stress and fatigue corrosion of Inconel 792 in 75% Na_2 SO_4+15% NaCl+10% V_2 O_5 environment. For this purpose, a number of samples were subjected to laser shock peening and another group was coated with graphene oxide before laser processing. Then, all the samples were subjected to corrosive environment at high temperature, and then the fatigue test was performed. The result of this research showed that the laser shock peening operation increased the fatigue life of this alloy for 2.4 times.

    Keywords: Laser Shock Peening, Graphene Oxide Coating, Residual Stress, Fatigue Corrosion
  • Emad Andishmand *, Alireza Ahangarani Farahani, Reza Esmaeilzade Aval Pages 137-153

    Due to the drastic change in aerodynamic parameters, the problem of controlling the landing mode will be much more complicated than the high altitude flight. On the other hand, the presence of obstacles in the way of the bird's landing is another condition that should be considered in the design of the controller. Thus, according to the above, it is necessary to use the predictive controller to solve the problem. This controller inherently has a high resistance to model change. Also, if this controller is used in a restricted manner, it can be used to bypass obstacles in the path of movement during landing. The aim of this paper is to control the system for automatic landing by means of model-based pre-interlinear control. The reason for using the pre-interlinear controller is the presence of obstacles in the path of movement and the fulfillment of the constraints in the environment to remove the obstacles. As a final result, this controller is designed in such a way that the effect of external disturbances on the bird is minimized and the stability of the system is not jeopardized by the emergence of model uncertainties. Also, in this method, the effect caused by the delay of the external navigation system is taken into account in the closed loop system and the stability of the system is guaranteed. Finally, the proposed controller design is calculated for a real bird model and its performance simulation in the presence of obstacles, lateral and longitudinal wind is presented.

    Keywords: Automatic Landing, Controller, Image Processing, Remotely Piloted Aircraft (UAV), Unmanned Aircraft
  • Nima Mohandesi, Mostafa Talebitooti *, Mohammad Fadaee Pages 155-165
    In this study, the vibrations of a folded plate made of auxetic cells were examined. Initially, the elastic constants and density of the auxetic plate were determined based on the geometrical and material parameters of unit cell. The folded plate was considered as two jointed rectangular plates. Utilizing the first-order shear deformation theory and applying Hamilton's principle, the equations of motion governing each plate and the boundary conditions at the plate's edges were derived. Next, employing the combined Levy-differential quadrature method, the transformed equations of motion from the partial type to ordinary one has been solved. Assembling the equations of motion with boundary and continuity relations leads to an eigenvalue problem that its solution can present the frequency response function of folded plate. To validate the results obtained from the Levy-differential quadrature solution, the auxetic plate was simulated by a finite element analysis software (ABAQUS), and the comparison results demonstrated the accuracy of presented analytical method. Finally, the effects of plate's geometrical parameters on the natural frequencies of the folded plate were investigated. The results showed that by changing the folding angle from 180 degrees to less, or in other words, by converting the flat plate to a folded plate, the natural frequency first increases and then remains almost constant.
    Keywords: Folded Plate, Auxetic, Free Vibration, Differential Quadrature Method, Finite Element Method